以缪子模拟的 In-Ga-Zn-O 半导体中间隙氢的电子结构

我们报道了通过缪子自旋旋转/弛豫 ($\mu$SR) 实验研究的 In-Ga-Zn 氧化物 (IGZO) 半导体中间隙缪子 (Mu) 作为赝氢的局域电子结构。在多晶 (c-) IGZO 中,推断 Mu 处于抗磁态,其中零外场下的 $\mu$SR 时间谱完全由高斯 Kubo-Toyabe 弛豫函数描述,其线宽 $\Delta$ 作为来自 In/Ga 核磁矩随机局域场的敏感度量。$\Delta$ 的大小结合对 H (以模拟 Mu) 的密度泛函理论计算表明,Mu 占据 Zn-O 键中心位 (Mu$_{\rm BC}$),类似于晶态 ZnO 中的情况。这意味着 c-IGZO 中的抗磁态对应于 Mu$_{\rm BC}^+$,从而作为电子施主。在非晶 (a-) IGZO 中,沉积态薄膜中的局域 Mu 结构与 c-IGZO 中几乎相同,表明电子态为 Mu$_{\rm BC}^+$。相反,重度氢化 a-IGZO 薄膜中的抗磁信号表现出洛伦兹 Kubo-Toyabe 弛豫,意味着 Mu 伴随更不均匀的邻近核自旋分布,可能涉及氧空位中的 Mu$^-$H$^-$ 复态。